книги / Решение геолого-технических задач при направленном бурении скважин

называется «Короткий нуль» и является сигналом об окончании ориентации отклонителя.

Порядок работы с ориентатором следующий. В начале про­ веряется исправность пульта управления. Для этого он заземля­ ется и подключается к источнику питания. При переключении тум­

блера «Контроль» — «Работа»		в положение		«Контроль»		стрелка
миллиамперметра должна	отклониться		от	нуля,	а при	положе­
нии «Работа» — остаться на	нуле. Затем		клемма		«Лебедка»	пульта
соединяется с проводом датчика		ориентатора,		а клемма «Земля»— с

корпусом датчика. При вращении наклоненного датчика вокруг оси миллиамперметром пульта управления должны четко отмечаться четыре положения шарового контакта отвеса относительно контактных пластин.

Далее отклонитель соединяется с помощью резьбы с ловителем, штырь с ослабленной контргайкой 8 вводится в нож ловителя до упора, корпус датчика поворачивается так, чтобы между меткой 1 «Короткий нуль» на корпусе и направлением действия отклонителя был расчетный угол установки. В таком положении контргайка 8 затягивается, отклонитель опускается в скважину и подвешивается над забоем. Через колонну бурильных труб на проводе опускают штырь ориентатора, включают электрическую схему и при медленном вращении колонны отыскивают положение «Короткий нуль», что свидетельствует о требуемом положении отклонителя в скважине. Для контроля ориентация повторяется 2— 3 раза с нанесением каждый раз контрольных меток на бурильных и обсадных трубах. Их совпадение свидетельствует об ориентировании отклонителя в нужном направ­ лении.

	Техническая характеристика ориентатора УШО-1
Точность	ориентирования, градус:			+10
при зенитном		угле	1,5— 3 ° .................................................................
» »	»		3— 8 0 °.................................................................	+6
Максимальная глубина спуска в скважину, м ...................................				1200
Диаметр	штыря,	мм . ............................................................................		18
Длина штыря, м м ........................................................................................			В	1000
Напряжение питания,				12— 36

Ориентирующая аппаратура «Курс»

Ориентирующая аппаратура «Курс», разработанная в ВИТРе [7], выпускается серийно и состоит из прибора-датчика, спускаемого внутрь колонны бурильных труб на изолированном проводе; ориенти­ рующего переходника, навинчиваемого между отклонителем и колон­ ной бурильных труб; пульта управления; направляющего ролика с указателем глубины; лебедки, имеющей ручной и электрический приводы. Прибор-датчик включает в себя фиксатор-ловитель, с помощью которого датчик устанавливается в ориентирующем переход­ нике в строго определенном положении, компенсатор давления, чувствительный элемент, арретир, коммутационный узел и кабельную головку.

141

Рис. 65. Кинематическая схе­ ма прибора-датчика ориенти­ рующей аппаратуры «Курс»

Рис. 66. Принципиальная электрическая схема прибо­ ра-датчика ориентирующей аппаратуры «Курс»:

Rl, R2—сопротивления: R3—рео­

хорд; Dl, D2—диоды; ЭМ—электро­ магнит

Кинематическая схема датчика показана на рис. 65. На несущей оси 13, вращающейся в подшипниках 6 и 75, жестко закреплен эксцентрич­ ный груз 14 и надет посредством шпоночного соединения корпус 8 реохорда 9, имеющего также эксцентричный груз. Под реохордом жестко относительно корпуса датчика 1 в щеткодержателе 11 закреплена токосъемная щетка 10. В верхней части оси установлен ограничитель продольного хода 7 корпуса реохорда.

Корпус реохорда арретируется с помощью электромагнита 2. При его включении сердечник 3, сжимая возвратную пружину 4, втягивается внутрь катушки. Штоки 5 поднимаются и освобождают корпус реохорда. Последний с -помощью пружины 12 поднимается вверх до ограничителя и под действием эксцентричных грузов занимает положе­ ние, при котором начало реохорда совпадает с апсидальной плос­ костью. При отключении электромагнита штоки 5 перемещают корпус реохорда вниз до замыкания обмотки со щеткой.

Принципиальная электрическая схема датчика показана на рис. 66. Порядок работы с аппаратурой «Курс» следующий. После навинчи­ вания ориентирующего переходника отклонитель устанавливают в наклонном положении и поворачивают вокруг оси так, чтобы между вертикальной плоскостью и плоскостью искусственного искривления

142

отклонителя был угол, равный расчетному углу установки. При ослабленной гайке фиксатора-ловителя датчик вставляют в ориенти­ рующий переходник и, поворачивая датчик вокруг оси, добиваются такого его положения, при котором риска на кабельной головке будет в вертикальной плоскости. После этого датчик осторожно извлекают из переходника и затягивают контргайку.

Затем датчик вновь вставляют в ориентирующий переходник и прибор включают в сеть, шкалу компенсационного потенциометра устанавливают на нуль, ключ ставят в положение «Переключение позиций», а через 8— 10 с— в положение «Измерение». Стрелка индикаторного прибора при этом должна находиться против нулевого деления шкалы. Если стрелка отклонена от нуля, то рукояткой потенциометра «Компенсация сопротивления провода» она выводится на нуль.

После этого отклонитель опускают в скважину и подвешивают над забоем на расстоянии 0,5 — 0,8 м. В колонну бурильных труб на проводе через направляющий ролик опускают датчик до остановки его

вориентирующем переходнике. Прибор включают в сеть, ключ ставят

вположение «Переключение позиций», а затем в положение «Измере­ ние». Вращением рукоятки компенсационного потенциометра стрелку индикатора выводят на нуль, а по шкале потенциометра считывают угол, на который необходимо повернуть отклонитель и колонну бурильных труб. После поворота колонны вручную на этот угол проводят повторное измерение. Если при этом угол отсчета будет равен нулю, то ориентация считается законченной, отклонитель ставят на забой и раскрепляют. Если отсчет на шкале потенциометра не равен нулю, то ориентация повторяется вновь.

		Техническая характеристика			аппаратуры	«Курс»
Диапазон		измеряемых		углов ориентации,градус...................................		О— 150
Диапазон зенитных 'углов, при которых прибор может работать,
градус	............................................................................................................					3— 90
Точность измерения углов ориентации, градус:						±8
при	зенитном		угле	3— 9 ° ..................................................................
» »	»			10° и более.....................................................	м	+5
Максимальная глубина				спуска вскважину,		2000
Питание	прибора,		В ..................................................................................			36/220
Масса, кг:						1,1
датчика .................................................................................................
пульта		управления...............................................................................				4,85

Ориентатор «Луч»

Прибор «Луч» (рис. 67), разработанный в ВИТРе [7], предназначен для ориентирования отклонителей любых типов в скважинах с зенитными углами не менее 3°. Он состоит из собственно ориентатора / и пульта управления //. Спускают и поднимают ориентатор внутри колонны бурильных труб с помощью лебедки и направляющего ролика на одножильном изолированном проводе, служащем, кроме того, для электрического соединения ориентатора и пульта. Механическое соединение ориентатора и отклонителя обеспечивается посадкой

143

Рис. 67. Функциональная схема прибора «Луч»

1—лебедка; 2 - пульт управления; 3—ориентатор; 4 ловитель ориентатора

ловителя ориентатора на шпонку ориентирующего переходника отклонителя по типу ориентиров «Курс» и УШО-1.

Принцип работы ориентатора основан на том, что эксцентричный груз 4 (рис. 67) устанавливается в вертикальной плоскости, проходящей через его ось вращения. Основной элемент скважинного датчика — маятниковый размыкатель SA1, в котором подвижной контакт 3 жестко связан с эксцентричным грузом, а контакты 1 и 2 неподвижно закреплены в корпусе и подсоединены через диоды D2 и D3 к кабельному вводу. В пульте прибора установлены понижающий трансформатор Т, нагрузка R, стрелочный индикатор тока А и выпрямитель на диоде D1, подключаемый тумблером SA2.

При установке отклонителя в скважине в заданном положении подвижной контакт 3 размыкателя SA1 занимает среднее положение, электрическая цепь размыкается, и индикатор А показывает нуль. При других положениях отклонителя контакт 3 замыкает один из койтактов

144

1 или 2 и в цепи через индикатор протекает ток соответствующей полярности. Отклонение стрелки влево соответствует недовороту

отклонителя,	а при отклонении вправо— провороту его.
Для поиска		заданного	положения	отклонителя	тумблером
SA2 включается выпрямитель на диоде D1 (положение тумблера
«Поиск 0»).	При	этом если	отклонитель	провернут	относительно

требуемого положения, то ток в цепи прибора отсутствует, а при

недовороте— стрелка	отклоняется влево.
Перед началом	ориентации	необходимо подготовить	прибор
к работе. Для этого лебедку устанавливают перед устьем			скважи­
ны и надежно крепят к полу		буровой. Далее устраивают	защит­

ное заземление пульта и лебедки медным проводом, площадь сече­ ния которого не менее 1,5 мм2, длина не более 5 м. Провод подсоединяют к общему контуру заземления буровой установки. После сборки электрической схемы, показанной на рис. 68, и вклю­

чения	прибора в сеть необходимо проверить наличие	электричес­
кой цепи. Для этого тумблер SA2 переключают в положение «Ра­
бота»,	скважинный датчик устанавливают под углом	20— 30° и

вращают вокруг собственной оси. Стрелка индикатора при этом должна отклоняться влево и вправо, проходя через нулевое поло­ жение. После этого ориентатор готов к работе. На поверхности отклонитель ориентируют так же, как и ориентатор «Курс». При ориентировании отклонителя в скважине необходимо провод от клеммы «Колонна» (рис. 68) присоединить к колонне бурильных труб, включить питание прибора, переключить тумблер режима работы в положение «Поиск 0». Далее вращают колонну бурильных труб до момента установки стрелки индикатора на нуль. После этого переключают тумблер режима работы в положение «Работа». Если приэтом стрелка индикатора не отклоняется от нуля, то проводят контрольное ориентирование. В противном случае ориентация по­

вторяется			вновь.
				Техническая		характеристика ориентатора	«Луч»
Наружный			диаметр ориентатора, м м ..........................................................					13
Погрешность				ориентирования, градус:				±10
при		зенитном угле 3 ° ...............................................................................				6°
»	»	»		'	3—			±7
»	»	»		питания,	6— 6 0 °......................................................................			+5
Напряжение					В ..................................................................................		м	220
Допускаемая				глубина	скважины при ориентировании,			............ 2000

6.2.ОПЕРАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ

Впроцессе бурения необходим постоянный контроль как направле­ ния, так и величины искривления скважины, особенно при применении отклонителей. Для этих целей могут быть использованы различные приборы, позволяющие измерять либо только зенитный угол сква­ жины, либо зенитный угол и азимут. Последнее более предпочти­ тельно. Для измерения зенитного угла рекомендуются* простейшие устройства с плавиковой кислотой или медным купоросом [10].

145

Рис. 69. Патроны для измерения зенитного угла:

1—верхняя часть корпуса; 2—-резиновые прокладки; 3—нижняя часть корпуса; 4— пружина; 5—направ­ ляющая головка; 6—индикаторный стержень

Измерение зенитного угла

Зенитный угол измеряют с использованием плавиковой кислоты. Для этого толстостенную стеклянную трубку или пробирку на 1/3 заполняют 20%-ной плавиковой кислотой, плотно обертывают ее бумагой, вставляют в измерительный патрон и герметично закрывают последний. Измерительный патрон опускают на нужную глубину в колонковой трубе (рис. 69, а) либо сбрасывают через бурильные трубы (рис. 69, б). Для получения отпечатка прибор выдерживают на глубине в течение 30-—60 мин, затем извлекают и, удалив кислоту, измеряют

зенитный	угол	по отпечатку.
Определить		зенитный угол можно по формуле
		0- arctg hm*'D hmin + ДО,	(6.3)
где	и hmin—соответственно наибольшая и		наименьшая высота
отпечатка, мм;		D — внутренний диаметр сосуда,	мм; ДО— поправка,
градус.

146

Рис. 70. Положение границы уров­ ня жидкости:

а— в стеклянной пробирке; б—на индикатор­ ном стержне; I —горизонтальный уровень жидкости; 2—линия отпечатка

Рис. 71. Угломер для определения угла наклона скважины;

I — подставка; 2 —отвес; 3 —стойка; 4 —уста­ новочные винты; J —защелка; 6—пробирка; 7—диск; 8 —транспортир; 9—нить

Зенитный угол измеряют с использованием раствора медного купороса. Для этого измерительный патрон (рис. 69, в) на 2/3 заполняют 30%-ным раствором медного купороса, опускают его на нужную глубину и выдерживают в состоянии покоя 30— 40 мин. Затем патрон поднимают на поверхность, развинчивают, извлекают индика­ торный стержень и определяют зенитный угол по формуле

	9 = arctg	_ де,	(6.4)
где	и hmin— соответственно	наибольшая и	наименьшая высота
осажденной меди на индикаторном стержне, мм; D — диаметр индика­
торного	стержня, мм; АО— поправка, градус.

Поправка АО для приборов с плавиковой кислотой и раствором медного купороса зависит от смачивающей способности жидкости, величины ее поверхностного натяжения, температуры, зенитного угла скважины, диаметра стеклянного сосуда (для приборов с плавиковой

147

кислотой) или величины зазора между индикаторным стержнем и стенками патрона (для приборов с раствором медного купороса). Поправка определяется экспериментально (рис. 70). Для этого необхо­ димо заправленный прибор установить в угломер (рис. 71), выдержать в течение 30—40 мин, затем извлечь из прибора стеклянный сосуд или индикаторный стержень и по отпечатку при помощи формул определить величину угла и сравнить с показанием угломера. Разность между вычисленным значением и показанием угломера и будет поправкой ДО.

Величины поправок для приборов с плавиковой кислотой при диаметре сосуда 18 мм и для приборов с раствором медного купороса

с зазором	3 мм	приведены ниже:
Измеренный	угол	0,	гра­	10	20	30	40	50	60	70
дус ............................................		Д0	0
Величина поправки			для
приборов:		кислотой 0°		2°30'	5°	7°	8°	7°	6°	4°
с плавиковой
с раствором медного ку­				0°36'	Г12'	1°48'	2°18'	1°48'	0°36'	0°12'
пороса ..............................			0°

Инклинометр МТ-1

Инклинометр МТ-1 представляет собой прибор, фиксирующий на фотопленку значения зенитного и азимутального углов. Он может применяться только в диамагнитной среде. В скважину прибор опускают на тросе или колонне бурильных труб. За один спуск можно многократно измерить указанные параметры в нескольких точках скважины. Основные узлы инклинометра: чувствительный элемент, состоящий из отвеса и компаса со шкалами, автоматический фотоаппа­ рат с фотокамерой, механизмом транспортирования фотопленки, программным блоком и электромагнитом, датчик ускорений, датчик временных интервалов и блок питания.

Шкалы отвеса и компаса фотографируются на 8-мм фотопленку КН-1 либо периодически через каждые 2,5 мин (в этом случае программный блок запускается от датчика временных интервалов), либо выборочно (при запуске от датчика ускорений). В последнем

случае	перемещение инклинометра по					скважине— запрещающий сиг­
нал, а	при	остановке (более			1 мин)	производится	фотографиро­
вание.
		Техническая характеристика инклинометра МТ-1
Погрешность		измерений,		градус:			±0,5
зенитные		углы . .	..........................................................
азимуты		.глубина........................................................................................................	измерений,		м		±2,5
Максимальная							1500
Число	измерений за ........................		спуск				100
Напряжение питания, ..............................................................................				В			15
Диаметр, мм		..................................................					40
Длина,	м м ...........................................						2200
Питание		прибора		осуществляется		от дисковых	аккумулято­

ров Д-0,25 или сухих элементов 343. Инклинометр разработан в ВИТРе.

148

Периодичность оперативного контроля

Помимо плановых измерений зенитных и азимутальных углов при бурении необходим также оперативный контроль за направлением скважины.

Оперативный контроль следует проводить при:

1) пересечении буровым снарядом перемежающихся слоев пород различной твердости, сопровождающемся изменением зенитного и азимутального углов, с интервалом между замерами, равным 20 м; 2) пересечении мягких несцементированных или сильно разрушен­ ных пород, тектонических нарушений, жил, трещин, пустот с интерва­ лом между замерами 20 м, а также при выходе из зоны осложнения;

3)смене пород с различными анизотропными свойствами;

4)смене диаметра скважины.

Кроме того, оперативный контроль за величиной зенитного угла необходим перед каждым циклом искусственного искривления, по окончании цикла искривления и после проработки интервала искривле­ ния. При этом расстояние между точками замеров должно быть равно длине рейса.

Результаты работ по измерению зенитного угла скважины с помощью плавиковой кислоты или раствора медного купороса заносятся в буровой журнал. В технологическую группу партии

представляется			рапорт.
					Рапорт
			о замере зенитного угла скважины №
Глубина	замера,		м ........................................................................	угол,	градус
Проектный		зенитный
Тип прибора ...............................................................................					зазора,	м м
Диаметр	пробирки, величина
Концентрация кислоты				(купороса), % . . . . .....................
Измеренный		зенитный		угол,	градус......................................	.....................
Поправка,	градус................................				...
Истинный	зенитный угол, градус................................					.. . .
Бурильщик ........................................................................						.
Дата	...............................................................................

6.3. ОТБОР ОРИЕНТИРОВАННОГО КЕРНА

Способы и средства получения ориентированного керна

Кернометрией называется комплекс работ, выполняемых при изучении структурных элементов пород в геологическом разрезе по керну. Эти работы заключаются в извлечении из скважины пространст­ венно ориентированного керна и последующем определении на нем углов залегания характерных структурно-текстурных элементов пород: слоистости, сланцеватости, кливажа, трещиноватости, отдельности, прожилковатости и др. Таким образом, кернометрию можно считать одним из методов изучения геологического строения земной коры по образцам пород, извлекаемым из ее недр При бурении скважин. Использование этого метода позволяет получить наиболее достовер-

149

Рис. 72. Формы меток, наносимых на керн при его ориентировании

ные данные, сократить объемы буровых работ и сроки их выполнения при решении геологоразведочных задач.

Известно много способов и средств получения ориентированного керна, однако далеко не все из них применяются. Принципиально ориентирование керна может осуществляться на забое (в скважине) или на поверхности относительно стран света с помощью магнитной стрелки (в немагнитной среде) или относительно апсидальной плос­ кости наклонной скважины. В первом случае образец породы маркируют либо до выбуривания керна, либо после его формирования, но до отделения выбуренного столбика от массива. При этом ориентируется в пространстве маркировка— метка в виде углублений или борозд (царапин), наносимых перед выбуриванием на торце керна или перед отрывом керна от забоя на боковой поверхности, как

показано на рис. 72.	•
Разновидность этого	способа— получение отпечатка торца выбу­

ренного, но не отделенного от забоя керна, имеющего неровную поверхность или косой скол. В этом случае ориентируется положение спускаемого в скважину отметчика—устройства с печатью или набором подвижных стержней (копиром) в торцевой его части, на котором получают отпечаток.

Устройства для ориентирования керна на забое называются керноскопами. Метки (или отметчик) ориентируются путем ориентиро­ ванного спуска керноскопа с помощью инклинометра того или иного типа, работающего на принципе горизонтальности уровня жидкости, магнитной стрелки, отвеса или шарика. Положение чувствительных элементов фиксируется механическим, фотографическим или хими­ ческим способом при автономном или дистанционном управлении устройством. В наклонных скважинах можно применять и самоориентирующиеся системы. Устройство их довольно простое, но точность ориентирования низкая.

Ориентирование керна на поверхности осуществляется после его отрыва от забоя рвательным устройством без вращения бурового снаряда и при ориентированном подъеме из скважины (аналогично ориентированному спуску) или с использованием так называемого полярного метода— по магнитному полю породы.

Технологически процесс получения ориентированного керна, как правило, состоит из ряда операций, которые можно выполнить за один рейс (цикл) или несколько рейсов (обычно два) в различных вариантах. Например, подготовка забоя, получение ориентированной метки с

150